第3章 4 热力学第二定律-【成才之路·练案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

练案[16] 第三章4.热 基础巩固练 知识点一热力学第二定律 1.根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是 () A.一切符合能量守恒定律的宏观过程都能 发生 B.空调的工作过程表明，热量可以自发地由 低温物体向高温物体传递 C.第二类永动机不违背能量守恒定律，当人 类科技水平足够先进时，第二类永动机可 以被制造出来 D.即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损 失，热机也不可能把燃料产生的内能全部 转化为机械能 2.(多选)下列宏观过程能用热力学第二定律解 释的是 A.大米和小米混合后小米能自发地填充到大 米空隙中，而经过一段时间大米、小米不会 自动分开 B.将一滴红墨水滴入一杯清水中，墨水会均 匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和 清水不会自动分开 C.冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降 低，不会将内能自发地转化为机械能而动 起来 D.随着节能减排措施的不断完善，最终也不 会使汽车热机的效率达到100% 3.(多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意 图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的 管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收 箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放 出热量到箱体外，下列说法正确的是() 箱体 干燥过滤器 蒸 发 冷凝器 压缩机 A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的 热量传到外界，是因为其消耗了电能 力学第二定律 C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 4.（2025·山东威海市高二检测)对热力学第一 定律和第二定律的理解，下列说法正确的是 A.热量不能由低温物体传递到高温物体 B.外界对物体做功，物体的内能必定增加 C.内能不能全部转化为机械能，同时不引起 其他变化 D.机械能不能全部转化为内能 5.（多选)下列关于宏观物体的热现象的说法中 正确的是 () A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性 B.一切不违背能量守恒定律的物理过程都是 可能实现的 C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否 自发进行 D.一切物理过程都不可能自发地进行 6.下列过程中可能发生的是 A.某种物质从高温热库吸收20kJ的热量，全 部转化为机械能，而没有产生其他任何 影响 B.打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出 后又自发跑进去，恢复原状 C.利用其他手段，使低温物体的温度更低，高 温物体的温度更高 D.将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地 各自分开 7.如图示，两种不同的金属丝组成一个回路， 接触头1置于热水杯中，接触头2置于冷水杯 中，此时回路中电流计指针发生偏转，这是温 差电现象。假设此过程电流做功为W,接触头 1从热水中吸收的热量为Q,冷水从接触头2 吸收的热量为Q2,根据热力学第二定律可得 () 康铜丝 铜丝 热水 冷水 74 A.O=W B.O>W C.Q<Q2 D.O+02=W 知识点二能源是有限的 8.下列现象属于能量耗散的是 A.利用水能发电将水能转化为电能 B.电池的化学能转化为电能 C.电流通过电阻丝将电能转化为光能 D.火炉把房子烤暖 9.(（多选)热现象过程中不可避免地出现能量耗 散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的 过程中无法把流散的能量重获收集、重新加以 利用的现象。下列关于能量耗散的说法中正 确的是 A.能量耗散说明能量不守恒 B.能量耗散不符合热力学第二定律 C.能量耗散过程中能量仍守恒 D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然 界中的宏观过程具有方向性 综合提升练 10.（多选)如图所示，汽缸内盛 有一定质量的理想气体，汽 缸壁是导热的，活塞与汽缸 壁接触处是光滑的，但不漏气。在汽缸外部 气体压强保持不变的前提下，缓慢地升高汽 缸外部气体的温度。已知理想气体的内能只 与温度有关，则下列说法中正确的是() A.缸内气体从单一热库吸热，全部用来对外 做功 B.缸内气体从单一热库吸热，但并未全部用 来对外做功 C.缸内气体从单一热库吸热，全部用来增加 内能 D.缸内气体从单一热库吸热，但并未全部用 来增加内能 11.抽水蓄能电站结构如图所示，抽水蓄能电站 有两种工作模式，一种为抽水蓄能模式：居民 用电低谷时（如深夜），电站利用居民电网多 余电能把水从下水库抽到上水库；另一种为 放水发电模式：居民用电高峰时，将上水库中 175 的水放到下水库进行发电，将产生的电能输 送到居民电网供居民使用。一抽一放起到了 均衡电网负荷的作用。关于抽水蓄能电站， 下列说法正确的是 ( 上水库 上水库 电 电 下水库 下水库 蓄能 A.抽水蓄能的过程中，能量守恒 B.放水发电的过程中，机械能守恒 C.抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多 D.抽水蓄能电站建成之后，就不会再有能源 危机问题了 2.（多选)(2022·湖南卷)利用“涡流效应”可 实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分 离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和 冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流 入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向 右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分 子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动 速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部 位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流 与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部 位气流从B端流出。下列说法正确的是 喷嘴 B端 A端 涡流室 环形管 分离挡板 A.A端为冷端，B端为热端 B.A端流出的气体分子热运动平均速率一定 小于B端流出的 C.A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D.该装置气体进出的过程满足能量守恒定 律，但违背了热力学第二定律 E.该装置气体进出的过程既满足能量守恒 定律，也满足热力学第二定律项A错误：根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内 能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积 增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第 定律可知，从a到b的过程中气体一直从外界吸热，选项D 错误。 综合提升练 8.C初始时气体的压强P=%+警，体积为K,温度为T:将 汽缸缓慢转过90°后，气体的压强P2=po,体积为V2,温度为 T2。易知V2>V1,故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热 的，根据热力学第一定律可得△U<0,由于理想气体内能只与 气体温度有关，所以T>T2,A、D错误；内能减小，不是所有气 体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的 比例减小，B错误，C正确。 9AC由理想气体状态方程=C,化简可得V=￡·T,由图 像可知，图像的斜率越大，压强越小，故P。<P6=P。,bc过程为 等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确；P。<P6=P。, ca过程气体压强减小，故B错误；ab过程为等温变化，内能不 变，故△U=0,根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，外 界对气体做功，故W>0,根据热力学第一定律△U=Q+W,解 得Q<0,ab过程气体放出热量，故C正确；ca过程，温度升 高，内能增大，故D错误。故选AC。 10.400J状态A时，对活塞受力分析得pS=mg+PS 代入数据解得m=5kg 在从状态A变化到状态B的过程中，发生的是等压变化， 片-得。80x0m 则气体对外界做功W=-p△V=-300J,内能的增量△U=W +0 得△U=400J。 11.(1)不变减小 (2)V3=1.0201×10cm (3)△U=2.53J 解析：(1)从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内 能保持不变，则气体分子平均速率不变，由于气体对外做功， 则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数 减少。 (2)气体从状态1到状态2的过程，由盖一吕萨克定律 7片 其中V,=1×103cm,T=300K,T2=303K 解得V2=1.01×10cm 此时气体压强为 23 P2=P1=Po+Pgh=1.01×103Pa 气体从状态2到状态3的过程，由玻意耳定律P2V2=P3V3 其中P3=P0 代入数据解得，气体在状态3的体积为 V3=1.0201×103cm3。 (3)气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做功为 W1=P1(V2-V)=1.01J 由热力学第一定律 △U=Q-(W1+W2) 其中Q=4.56J,W2=1.02J 代入解得，从状态1到状态3气体内能的改变量为 △0U=2.53J。 练案[16] 基础巩固练 1.D符合能量守恒定律的宏观过程并不是都能发生。一切与 热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，A错误；热量不能 自发地从低温物体传到高温物体。空调的工作过程表明，热 量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，B错 误：第二类永动机违背了热力学第二定律，不可能制造出来，C 错误：根据热力学第二定律可知，热机不可能把燃料产生的内 能全部转化为机械能，D正确。 2.BCD热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的 方向性的规律，A不属于热现象，A不符合题意；由热力学第 二定律可知B、C、D符合题意。 3.BC热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化 规律，是能的转化和守恒的具体表现，适用于所有的热学过 程，故C正确，D错误；根据热力学第二定律可知，热量不能自 发地从低温物体传到高温物体，必须借助于外界做功，故A错 误，B正确。 4.C根据热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传 递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到 高温物体，例如电冰箱的工作过程，故A错误；根据热力学第 一定律可知，物体内能的变化量等于外界向它传递的热量与 外界对它所做的功的和，故B错误：内能不能全部转化为机械 能，同时不引起其他变化是热力学第二定律的表述形式之一， 故C正确；机械能可以全部转化为内能，故D错误。故选C。 5.AC热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律， 热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但可以自发地从 高温物体传到低温物体；并不是所有符合能量守恒定律的宏 观过程都能实现，故A、C正确，B、D错误。 6.C根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体 传递给高温物体，但通过一些其他手段是可以实现的，故C正 确；内能转化为机械能不可能自发地进行，要使内能全部转化 为机械能必定会产生其他影响，故A错误；气体膨胀具有方向 性，故B错误：扩散现象也有方向性，故D错误 从高温热库（热水） 热力学第二定律 吸收热量Q, Q1>W,A错误， 两种不 B正确。 同金属向低温热库（冷水） 7.B 丝组成放出热量Q, 的回路 能量守恒定律 温差电现象， Q1=Q2+W, 电流做功W C、D错误。 8.D能量耗散是指其他形式的能转变为内能，最终流散在周围 环境中无法重新收集并加以利用的过程。本题中的电能、光 能都可以重新收集并加以利用。火炉把房子烤暖使燃料的化 学能转变成内能并流散在周围的环境中，难以重新收集并加 以利用，是能量耗散。故本题选D。 9.CD能量耗散过程中能量仍守恒，但可利用的能源越来越 少，这说明自然界中的宏观过程具有方向性，符合热力学第二 定律，故A、B错误，C、D正确。 综合提升练 10.BD汽缸壁是导热的，缓慢地升高汽缸外部气体的温度，汽 缸内封闭气体的温度随之升高，又因为理想气体的内能只与 温度有关，所以封闭气体的内能增加。汽缸外部气体压强不 变，同时，活塞与汽缸壁接触处光滑且不漏气，所以封闭气体 压强不变，由理想气体状态方程=C知，温度升高，压强不 变，体积必然增大，气体对外界做功。缸内气体是从单一热 库吸热，但并未全部用来做功，吸收的热量一部分转化为封 闭气体的内能，一部分对外做功。 11.A抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的，故A正确；放水 发电的过程中，有部分重力势能转化为电能，机械能不守恒， 故B错误；抽水蓄能、放水发电过程，总的能量保持不变，并 不能使能量增多，故C错误；抽水蓄能电站能够合理调节用 电高峰期和低谷期的调峰问题，但是能量总量并没有增加， 我们仍面临着能源危机，还需节约能源，故D错误。 12.ABE由题知，分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环 形管边缘部位，从B端流出，分子热运动速率较小的气体分 子将聚集到环形管中心部位，中心部位气流与分离挡板碰撞 后反向，从A端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知， B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速 率一定小于B端流出的，选项A、B正确；气体的内能与温 度、质量等因素有关，根据题述，不能确定两端流出气体的质 量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，选项C 错误：该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即 通过外界做功而实现，并非自发进行，不违背热力学第二定 律，选项D错误，E正确。 2 练案[17] 基础巩固练 1.D黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外幅射电磁 波，不一定是黑色的，A、B错误：任何物体都会反射电磁波，只 吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想 化的模型，D正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与 黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，C错误。 2.BC随着温度的升高，黑体辐射强度增强，同时辐射强度的 极大值向波长较短的方向移动，所以T,>T,>T3>T4,故A错 误，B正确：测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其 温度，而不同温度的黑体可以辐射出相同波长的电磁波，故C 正确，D错误。 3.A根据黑体辐射的实验规律可知，温度一定时，黑体辐射强 度随波长的分布有一个极大值；随着温度的升高，各种波长的 辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移 动，故A正确，B、C、D错误。 4.B根据黑体辐射的实验规律可知，随温度升高，各种波长的 辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动， 故人体热辐射强度【随人体温度的升高而增大，其极大值对 应的波长减小，选项B正确。 5.BC根据辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下向外辐 射同一波长的电磁波的辐射强度不相同，温度越高，辐射强度 越强，A错误；根据辐射强度图线可知，辐射强度的极大值随 温度升高而向短波方向移动，B正确：根据福射强度图线可 知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，C正确：根 据辐射强度图线可知随着温度的升高，各种波长的辐射强度 都增加，即向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，D 错误。 6.A在经典物理学中，对物理量变化的最小值没有限制，它们 可以任意连续变化，如重力、动能、长度等，但在量子力学中， 物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大 要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分离数 值的特征叫作量子化，A正确，B、C、D错误。 7.ABC能量子假说认为，物体发射（或吸收）能量时，能量不是 连续的，而是一份一份进行的，每一份不可再分的最小能量 值，称为“能量子”，它的表达式为￡=v,v为带电微粒的振动 频率，h为普朗克常量，故A、B、C正确，D错误。 8A由e=h,和c=可知，8=h片，A正确。 9.BD根据爱因斯坦的相对论观，点，飞秒激光的速度不可能超 过光在真空中的速度，故A错误；飞秒激光的能量的变化是不 连续的，故B正确；飞秒激光的频率为v=六=1.053×106 c3×108 z≈2.85×1014z,故C错误；飞秒激光的光子能量约为E= m=6.63×10x2.85×10eV=1.2eV,故D正确。 1.60×10-9